Nature Microbiology | 浙江大学王蒙岑课题组揭示水稻共生菌“抵抗”病原菌入侵的新机制

责编 | 王一

共生是自然界普遍存在的一种生态现象，指的是两种或多种不同生物间相互依赖、相互影响的紧密关系。在植物地上部分（如叶、花等），栖息着真菌、细菌等微生物群落，它们以营养交换、信号交流等方式与植物形成共生关系，被称为叶际共生菌。共生菌与植物免疫系统共同调控植物的抗病能力。然而，目前对叶际共生菌如何调控植物抗病的认识仍较为滞后，这是植物-微生物互作领域亟待揭示的重要科学问题之一。

近日，浙江大学王蒙岑课题组在Nature Microbiology发表了题为Aspergillus cvjetkovicii protects against phytopathogens through interspecies chemical signalling in the phyllosphere的研究论文。该研究发现叶际共生菌与病原菌间的化学信号传递重塑了水稻的抗病性，为水稻-共生菌-病原菌三者互作机制提供了新认识，对高效利用共生菌资源防治水稻病害具有重要意义。

研究人员在对不同水稻品种进行抗病性鉴定时发现，当叶际共生菌群落被破坏后，不同品种之间的抗病性差异显著减小。这表明，除抗病基因外，叶际共生菌在调控水稻抗病性中也扮演着重要角色。为了深入解析该现象背后的机制，研究人员选取三种具有代表性的水稻品种（特青、日本晴和莱蒙特）开展了进一步的工作。通过对叶际微生物群落结构的分析，发现真菌群落呈现出与水稻纹枯病抗性高度相关的变化规律，其中Aspergillus与抗病性显著正相关。对分离获得的叶际菌株进行定向筛选，研究人员成功鉴定到促进水稻抗病性的叶际共生真菌Aspergillus cvjetkovicii，并发现其外泌的化学小分子信号对水稻防御病原菌侵染至关重要。

利用生物有机化学、化学遗传学、生物信息学和分子生物学交叉的研究方法，研究人员分离和鉴定了A. cvjetkovicii化学小分子信号2,4-Di-tert-butylphenol（2,4-DTBP），并发现立枯丝核菌、藤仓镰刀菌等病原菌在接触2,4-DTBP后，胞内ROS稳态失衡，转录因子bZIP无法与保守致病基因AMT1启动子顺式元件正常结合，从而致使AMT1的表达和致病力下降，失去侵染水稻的能力。田间和温室试验表明，A. cvjetkovicii与2,4-DTBP不仅能降低水稻纹枯病和恶苗病的发病率，还有助于多种作物（如玉米、番茄等）抵御立枯丝核菌的侵染。

综上，该研究发现了叶际共生真菌A. cvjetkovicii在调控植物抗病性中的关键作用，揭示了其化学小分子信号2,4-DTBP对病原菌致病力的干扰机制，为研发高效稳定的植物病害生防技术提供了新资源。

王蒙岑教授为通讯作者，浙江大学李绍佳副研究员和英国南安普顿大学Tomislav Cernava副教授为共同通讯作者。范小艳博士（现为中国科学院分子植物科学卓越创新中心在站博士后）为第一作者，浙江大学马忠华教授和德国波茨坦大学Gabriele Berg教授对研究提供了重要支持。该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目资助。

近年来，全球气候变化等因素加剧了水稻病原菌的传播和流行。稻曲病、恶苗病、纹枯病、穗枯病等病害的发生持续加重，不仅导致水稻产量下降，还会引发稻米生物毒素污染，对我国粮食安全造成重大挑战。化学杀菌剂是当前病害防治的重要手段，然而过量施用会对生态环境和食品安全产生威胁。生物防治因其绿色和安全的特点，被视为化学药剂的潜在替代手段，但由于生防菌与宿主亲和性不明、作用机制复杂不清等原因，其在田间应用中存在防效不稳定等瓶颈问题。王蒙岑教授课题组长期致力于水稻-共生菌-病原菌互作机制研究与应用技术创新，取得了一系列重要进展。发现共生菌通过激活宿主抗病代谢通路（Nature Microbiology, 2023）、干扰病原菌致病基因转录（Nature Microbiology, 2024）以及靶向抑制病原菌毒力因子（Nature Plants, 2021）等关键机制参与调控水稻的抗病性，构建了水稻抗病共生菌资源挖掘和精准设计平台（Nature Food, 2022），建立了共生菌辅助抗病育种流程与策略（Nature Plants, 2024），并将部分基础研究成果应用于生防新技术的研发（Fundamental Research, 2022; New Phytologist, 2024），为高效利用共生菌资源突破植物病害生防瓶颈奠定了坚实基础。

https://www.nature.com/articles/s41564-024-01781-z